Harvinaiset maametallit

Kohteesta Wikipedia
(Ohjattu sivulta Harvinainen maametalli)
Siirry navigaatioon Siirry hakuun

Harvinaiset maametallit ovat joukko metallisia alkuaineita. Harvinaisiin maametalleihin kuuluu IUPAC:n määritelmän mukaan 17 metallia: jaksollisen järjestelmän kolmanteen ryhmään kuuluvat skandium ja yttrium sekä kaikki lantanoidit (eri määritelmissä on vaihtelua). Maametalleista käytetään usein lyhennettä REE (engl. rare earth element). Keveistä maametalleista (La–Sm) käytetään lyhennettä LREE ja painavista (Eu–Lu) HREE.

Nimitys harvinaiset maametallit johtuu siitä, että ne löydettiin aikoinaan maaperässä esiintyvistä harvinaisista oksidimineraaleista kuten gadoliniitista, joka ensin löydettiin Ruotsin Ytterbystä. Kovin harvinaisia ne eivät kuitenkaan ole, vaan esimerkiksi cerium on maankuoren 25:nneksi yleisin alkuaine, jota maankuoressa on noin 68 miljoonasosaa. Yksi niistä, prometium, on voimakkaasti radioaktiivinen ja sellaisena epävakaa alkuaine, jota luonnossa ei esiinny muutoin kuin uraanin hajoamistuotteena.

Löytöhistoria[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Ensimmäinen tunnistettu harvinaisia maametalleja sisältävä mineraali oli luutnantti Carl Axel Arrheniuksen Ruotsin Ytterbyn vanhasta kaivoksesta vuonna 1787 löytämä ytterbiitti.[1]

Ytterbiitti sai vuonna 1800 uuden nimen gadoliniitti. Nimi johtui sitä tutkineesta Turun akatemian professori Johan Gadolinista, joka osoitti sen sisältävän tuntemattoman alkuaineen oksidia. Anders Gustav Ekeberg eristi siitä berylliumin, mutta ei onnistunut tunnistamaan muita siinä olevia alkuaineita.

Vuonna 1794 Ruotsin Bastnäsistä, läheltä Riddarhyttania, löydettiin mineraalia, jonka aluksi oletettiin olevan rauta- ja volframimalmia. Kun Jöns Jacob Berzelius ja Wilhelm Hisinger vuonna 1803 tutkivat sitä tarkemmin, he eristivät siitä valkoisen aineen, jolle he antoivat nimen ceria. Samaan aikaan Martin Heinrich Klaproth eristi heistä riippumatta saman aineen ja antoi sille nimen ochroia.

Näin ollen vuonna 1803 tunnettiin jo kaksi harvinaista maametallia, yttrium ja cerium, mutta kesti vielä 30 vuotta, ennen kuin tutkijat olivat onnistuneet eristämään muut cerian ja ytterbiitin sisältämät alkuaineet. Niiden eristäminen toisistaan oli hyvin hankalaa, koska niiden kemialliset ominaisuudet ovat hyvin samankaltaiset.

Vuonna 1839 Carl Gustav Mosander, Berzeliuksen assistentti, eristi cerian kuumentamalla nitraattia ja liuottamalla saamansa tuotteen typpihappoon. Hän antoi liukenevan suolan sisältämälle oksidille nimen lanthana. Vasta muutamaa vuotta myöhemmin hän havaitsi, että hänen saamansa lanthana ei ollut puhdasta vaan sisälsi toistakin ainetta, jolle hän antoi nimen didymia. Sekin osoittautui myöhemmin useiden eri oksidien seokseksi.

Vuonna 1842 Mosander sai eristetyksi ytteriasta kolme oksidia, jotka olivat puhdas ytteria, terbia ja erbia. Kaikki nämä nimet oli johdetty ensimmäisen löytöpaikan, Ytterbyn nimestä. Vaaleanpunaisia suoloja muodostava alkuaine sai nimen terbium, keltaisen peroksidin muodostava alkuaine taas nimen erbium. Tämän jälkeen harvinaisia maametalleja tunnettiin kuusi: yttrium, cerium, lantaani, "didyymi", erbium ja terbium. Didyymiksi kutsuttu alkuaine osoittautui myöhemmin kahden alkuaineen, praseodyymin ja neodyymin seokseksi.

Muut harvinaiset maametallit löydettiin vähitellen seuraavien 60 vuoden aikana, luonnossa esiintyvistä viimeisenä europium vuonna 1901. Pitkään aikaan ei tiedetty, kuinka monta oli vielä löytämättä, sillä ne näyttivät olevan vaikeasti sovitettavissa Mendelejevin vuonna 1870 esittämään alkuaineiden jaksolliseen järjestelmään, jossa niistä muut paitsi skandium ja yttrium jouduttiin sijoittamaan samaan ruutuun. Asia selvisi vasta, kun Henry Moseley osoitti, miten röntgensäteilyn spektrin avulla voitiin määrittää alkuaineiden järjestysluvut. Tämä osoitti, että lantanoideja oli 15, joista yksi, alkuaine nro 61, oli vielä löytämättä. Kun sitä myöhemmin valmistettiin ydinreaktioiden avulla, se sai nimen prometium.

Käyttö[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Harvinaisia maametalleja ja niiden yhdisteitä käytetään pääasiassa elektroniikassa. Niitä käytetään esimerkiksi värillisen kuvan aikaansaamiseen väritelevisioissa. Niitä sisältävistä seoksista valmistetaan suprajohteita ja voimakkaita magneetteja.

Ceriumia käytetään myös pyroforisissa metalliseoksissa esimerkiksi sytyttimissä.

Luettelo harvinaisista maametalleista[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

metallin nimen perässä on sen lyhenne ja järjestysluku
Metalli Lyhenne Järjestusluku
Skandium Sc 21
Yttrium Y 39
Lantaani La 57
Cerium Ce 58
Praseodyymi Pr 59
Neodyymi Nd 60
Prometium Pm 61
Samarium Sm 62
Europium Eu 63
Gadolinium Gd 64
Terbium Tb 65
Dysprosium Dy 66
Holmium Ho 67
Erbium Er 68
Tulium Tm 69
Ytterbium Yb 70
Lutetium Lu 71

Sijainti jaksollisessa järjestelmässä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kaaviossa tummanpunaisiin ruutuihin merkityt alkuaineet ovat harvinaisia maametalleja.

Ryhmä → 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
(I II III IV V VI VII VIII)
↓ Jakso
1 1
H

2
He
2 3
Li
4
Be

5
B
6
C
7
N
8
O
9
F
10
Ne
3 11
Na
12
Mg

13
Al
14
Si
15
P
16
S
17
Cl
18
Ar
4 19
K
20
Ca
21
Sc
22
Ti
23
V
24
Cr
25
Mn
26
Fe
27
Co
28
Ni
29
Cu
30
Zn
31
Ga
32
Ge
33
As
34
Se
35
Br
36
Kr
5 37
Rb
38
Sr
39
Y
40
Zr
41
Nb
42
Mo
43
Tc
44
Ru
45
Rh
46
Pd
47
Ag
48
Cd
49
In
50
Sn
51
Sb
52
Te
53
I
54
Xe
6 55
Cs
56
Ba
*
72
Hf
73
Ta
74
W
75
Re
76
Os
77
Ir
78
Pt
79
Au
80
Hg
81
Tl
82
Pb
83
Bi
84
Po
85
At
86
Rn
7 87
 Fr
88
Ra
**
104
Rf
105
Db
106
Sg
107
Bh
108
Hs
109
Mt
110
Ds
111
Rg

* Lantanoidit 57
La
58
Ce
59
Pr
60
Nd
61
Pm
62
Sm
63
Eu
64
Gd
65
Tb
66
Dy
67
Ho
68
Er
69
Tm
70
Yb
71
Lu
** Aktinoidit 89
Ac
90
Th
91
Pa
92
U
93
Np
94
Pu
95
Am
96
Cm
97
Bk
98
Cf
99
Es
100
Fm
101
Md
102
No
103
Lr


Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. "1787-1987 Two hundred Years of Rare Earths" (1987). Rare Earth Information Center, IPRT, North-Holland IS-RIC 10. 

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]